CN104973797B - 耐刮涂层、具有耐刮涂层的衬底和该衬底的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有用于提高耐刮性的涂层的衬底，其中，该涂层包括至少一层高折射率的透明硬质材料层。硬质材料层含有结晶的氮化铝，其具有含六角形对称的主要(001)择优取向的六角形晶体结构。另外，本发明还涉及一种用于制造相应经涂覆衬底的方法及其应用。

Description

耐刮涂层、具有耐刮涂层的衬底和该衬底的制造方法

技术领域

本发明涉及耐刮涂层、具有耐刮涂层的衬底以及该衬底的制造方法。具体地说，本发明涉及耐刮涂层和相应地涂覆并具有基于氮化铝的硬质材料层的衬底以及该衬底的制造，特别是通过溅射工艺制造。

背景技术

由现有技术可知各种用于提高耐刮性的涂层。专利文献DE 10 2011081 234 A1公开了一种位于玻璃陶瓷衬底上的硬质材料涂层，该涂层具有两种不同的材料相(Materialphasen)。但是其缺点在于：涂层和衬底的热膨胀系数可能彼此相差最大20％。另外，由于玻璃陶瓷具有非常低的热膨胀系数，这极度限制了合适涂层的数量。而例如基于氮化物或氧化物(例如氮化铝或氮化硼)的硬质材料层具有过高的热膨胀系数，因此这种硬质材料层不能用于涂覆玻璃陶瓷衬底。

用于提高耐刮性的涂层不仅应当具有高的硬度，而且弹性(E模量)、表面粗糙度、由衬底和涂层的不同热膨胀系数所造成的涂层张力以及衬底的表面特性对于耐刮涂层和被相应涂覆的衬底的质量来说都是关键因素。

此外还期望被相应涂覆的表面(例如玻璃表面或玻璃陶瓷表面)除了具有高度耐刮性之外，还应该是高度耐磨损的和耐抛光的，例如在生产和后期应用中都会发生磨损和抛光。

发明内容

本发明的目的在于提供一种涂层以及相应涂覆的衬底，该衬底除了具有高度耐刮性之外还具有更高的耐磨损性和耐抛光性以及防止环境污染。本发明的另一个目的在于提供一种相应的制造方法。

本发明的目的已经以令人惊讶的方式和方法通过独立权利要求的内容实现。本发明优选的设计和扩展方案由从属权利要求给出。

根据本发明的涂层包括透明的、高折射率的、基于氮化铝(AlN)的硬质材料层，即，该硬质材料层包含AlN作为基本组成部分。根据本发明，AlN在硬质材料层中的含量大于50重量％。

硬质材料层也起到磨损保护层的作用。在此，发明人以令人惊讶的方式表明：当硬质材料层的AlN是结晶的，或者至少在很大程度上是结晶的，并具有六角形的晶体结构时，可以获得特别耐刮、耐磨损和耐抛光的涂层。特别是AlN涂层的结晶度为至少50％。

就此而言这是令人惊讶的，因为对此通常认为，无定形的涂层由于缺少晶粒而比相应的结晶涂层具有更低的表面粗糙度。在此，低的涂层粗糙度造成不易出现缺陷，例如由异物在涂层表面上的摩擦所引起的缺陷。然而，根据本发明的涂层不仅具有高耐刮性，而且对于环境影响以及抛光和磨损负荷具有更高的耐受性。因而该硬质材料层具有高的、例如相对于清洁剂和洗涤剂的化学稳定性。另外，根据本发明的涂层尽管具有结晶的结构，但对于波长在可见光谱和红外光谱范围内的光来说是可透的，因此该涂层在视觉上是不明显的，并且能够应用在例如光学构件中，例如用作炉灶面的涂层。特别是该涂层对于可见光的透射率(相对于标准光源C)为至少50％，优选至少80％，并且对于红外光的透射率为至少50％，优选至少80％。

硬质材料层为高折射率的涂层。在一种实施方式中，硬质材料层在550nm波长下的折射率在1.8至2.3的范围内，优选在1.95至2.1的范围内。

涂层的高透射率特别可以通过单个晶粒的小尺寸来实现。这种小尺寸例如可以避免散射效应。在本发明的一种实施方式中，平均晶粒尺寸为最高20nm，优选为最高15nm，特别优选为5至15nm。小的晶粒尺寸的另一个优势在于，包含晶粒的涂层具有更高的机械稳定性。较大的晶粒通常在其晶体结构中具有错位，这不利于机械稳定性。

硬质材料层中的AlN晶粒具有六角形的晶体结构，其主要的择优取向(Vorzugsrichtung)为(001)方向，即平行于衬底表面。在具有择优取向的晶体结构中，晶粒优选占据晶体结构的对称方向。在本发明中，择优取向为(001)方向的AlN晶体结构特别是指这样的晶体结构：该晶体结构在X射线衍射测量的相应XRD光谱中，在34°和37°之间的区域内显示出最大反射。在此，该区域内的反射可以对应于具有(001)择优取向的AlN晶体结构。

令人惊讶的是已经发现：根据本发明的具有沿(001)择优取向的硬质材料层相比于具有相同或类似组分但没有(001)择优取向的硬质材料层具有更高的弹性模量和更大的硬度。

因此，具有(001)择优取向的涂层的高弹性模量可以解释，因为结晶材料的弹性模量与其择优取向有关。因此，根据本发明的硬质材料层中平行于衬底表面的弹性模量是最高的。在本发明的一个实施方式中，在10mN的测试力下，该硬质材料层平行于衬底表面的弹性模量为90至250GPa，优选110至200GPa。

涂层的耐刮性除了与硬度有关以外，还与涂层在衬底上的粘附情况有关。另外，如果涂层和衬底具有不同的热膨胀系数，可能会导致在涂层中产生应力以及涂层剥落。在此，在弹性模量相对较高的涂层中能够更好地截住所产生的应力，从而使涂层更好地粘附在衬底上。

另外，涂层的耐磨损性也取决于各个涂层的硬度与弹性模量之比。因此，优选涂层硬度与弹性模量的比值为至少0.08，优选为0.1，特别优选大于0.1。这可以通过(001)择优取向来实现。在此，涂层组分类似而择优取向不同的涂层具有相对低的比值，该比值在0.06至0.08的范围内。

当晶体结构的(001)择优取向与(100)和(101)方向相比最显著时，特别能够获得上述特性。此外，在本发明的一种扩展方案中，(100)取向的晶体结构的份额高于(101)取向的晶体结构份额。

为了确定具有(001)择优取向的晶体结构份额，可以进行如下操作：

-获得掠入射XRD(GIXRD)光谱，即薄层X射线衍射；

-测定34°到37°区域内相应(001)反射的最大强度I₍₀₀₁₎；

-测定32°到34°区域内(100)反射的最大强度I₍₁₀₀₎；

-测定37°到39°区域内(101)反射的最大强度I₍₁₀₁₎；

呈现(001)择优取向的晶体结构份额x₍₀₀₁₎和y₍₀₀₁₎按照下式计算：

x₍₀₀₁₎＝I₍₀₀₁₎/(I₍₀₀₁₎+I₍₁₀₀₎)

和y₍₀₀₁₎＝I₍₀₀₁₎/(I₍₀₀₁₎+I₍₁₀₁₎)。

已经证实：特别有利的是使x₍₀₀₁₎和/或y₍₀₀₁₎的份额大于0.5，优选大于0.6，特别优选大于0.75。

AlN涂层的另一个优点在于具有相对较高的导热性。特别有利的是将根据本发明的涂层作为防刮保护层涂覆在炉灶表面上。

在本发明的一种实施方式中，AlN涂层中的氧含量为最高10原子数％，优选为最高5原子数％，特别优选为最高2原子数％。

涂层中较低的氧含量能够防止氮氧化合物的形成，氮氧化合物对于晶体生长、特别是对于形成晶体结构的择优取向具有不利的影响。

上述硬质材料层的特性特别是可以通过利用溅射法对涂层进行涂覆来获得。

根据本发明涂层的硬度和防刮保护作用效果也可以通过在随后涂层制造中的处理加以改善。除了在炉中进行简单的热处理之外，还可以采用闪光灯加热或者激光处理。也可以考虑利用离子或电子植入。由此能够获得晶体结构的(001)择优取向或者进一步提高晶体结构中的x₍₀₀₁₎和/或y₍₀₀₁₎份额。

对于炉灶领域中的涂层应用来说，重要的是能够使锅具在炉灶上轻松地移动。这种锅具特别是由不锈钢构成。因此，优选涂层相对于金属体的静摩擦系数μ<0.5，特别优选<0.25。

AlN涂层或硬质材料层可以是纯的氮化铝层，或者硬质材料层除了氮化铝还可以含有其他组分，例如一种或多种其他氮化物、碳化物和/或碳氮化合物。氮化物、碳化物或碳氮化合物优选为元素硅、硼、锆、钛、镍、铬或碳的相应结合。由此可以进一步改善硬质材料层的特性，例如硬度、弹性模量或耐摩擦性，例如耐抛光性。

为了确保在该实施方式中形成氮化铝结晶相，特别有利的是使硬质材料层的铝含量相对于其他元素硅、硼、锆、钛、镍、铬和/或碳为>50重量％，优选>60重量％，特别优选>70重量％。

在本发明中也将各种混合涂层称为掺杂的AlN涂层。在本发明中将除AlN以外所含有的化合物称为掺杂物，在此，掺杂物的含量最高可以为50重量％。在此，本发明中的掺杂涂层也指含有最高50重量％的掺杂物的涂层。

在混合涂层或掺杂的AlN涂层中，AlN晶粒嵌入掺杂物基体中。因此，涂层的结晶度可以通过混合涂层中的掺杂物份额来调节。另外，晶粒尺寸受基体限制。在此已证实特别有利的是：晶粒尺寸为最大20nm，优选最大15nm。特别是AlN晶粒的平均尺寸在5至15nm的范围内。这样的晶粒尺寸可以确保硬质材料层具有较高的透明度和机械稳定性。

在本发明的一种实施方式中，硬质材料层除了氮化铝之外还含有氮化硼，也就是说涂层掺杂有氮化硼。通过所含的氮化硼可以降低涂层的摩擦系数，这特别会使得涂层相对于抛光过程具有更高的耐受性。这不仅对在最终用户使用时相应涂覆的衬底的稳定性是有利的，而且对于进一步加工涂覆的衬底时可能的加工步骤也是有利的。

在本发明的另一种实施方式中，硬质材料层掺杂有氮化硅，也就是说涉及AlN：SiN材料体系，通过该材料体系能够影响各种特性，例如粘附性、硬度、粗糙度、摩擦系数和/或热稳定性。在该实施方式的一种扩展方案中，该硬质材料层具有至少一种其他的掺杂物。

另外，硬质材料层的热膨胀系数会受到所加入掺杂物的种类和含量的影响或者与衬底相适应。

本发明的一种扩展方案中，涂层除了硬质材料层还具有至少一个其他涂层。根据一种实施方式，涂层除了硬质材料层还具有一个覆盖层，该覆盖层设置在硬质材料层上方。上述概念涉及到基于衬底的涂层构造，即，硬质材料层因此被设置在衬底和覆盖层之间。通过将覆盖层涂覆在硬质材料层上可以使各个特征发生变化，例如光学外观或者相对于特定抛光介质的抛光特征。

本发明的一种实施方式中，通过选自铝、硅、硼、锆、钛、镍或碳元素组的氮化物、氧化物、碳化物、氮碳化合物和/或氮氧化合物而形成覆盖层。该覆盖层可以形成为多种上述化合物的混合层或者形成为一种化合物的涂层。优选该覆盖层通过溅射进行涂覆。替代地也可以采用化学气相沉积法(CVD)或溶胶-凝胶技术。

覆盖层例如可以是含SiO₂的涂层。因此，例如可以根据覆盖层的层厚来改变反射色的色度和/或涂层的反射特性。

在另一种实施方式中，硬质材料层具有含碳的覆盖层。在此，覆盖层的碳含量导致摩擦系数减小，这特别有利于涂覆的、用作炉灶表面的衬底，因为锅具由此可以在炉灶上更容易地移动。另外，可以改进涂层相对于抛光介质的抛光特性和耐受性。覆盖层可以包含例如碳化物和/或石墨。

替代地或附加地，涂层可以具有增附剂。该增附剂设置在衬底和硬质材料层之间，并改善了硬质材料层在衬底上的粘附。当衬底和硬质材料层的热膨胀系数明显不同时，设置增附剂是特别有利的。在此特别有利的是这样的增附层：其由元素铝、硅、硼、锆、钛、镍、铬和/或碳的氮化物、氧化物、碳化物、氮碳化合物和/或氮氧化合物构成。

在此，增附层能够减少所产生的应力，至少使得能够在衬底上获得非常好的化学粘附。因此不再需要使衬底和硬质材料层的热膨胀系数相应地紧密匹配。这实现了对合适衬底材料的宽泛选择。例如可以通过物理气相沉积法(PVD)、化学气相沉积法(CVD)或溶胶-凝胶法进行沉积。

因此，可以采用玻璃作为衬底，特别优选为蓝宝石玻璃、硼硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃、钠-钙玻璃、合成石英玻璃(所谓的熔硅玻璃)、锂铝硅酸盐玻璃或光学玻璃。也可以采用光学用途的水晶作为衬底，例如采用氟化钾水晶或玻璃陶瓷。

在一种优选的实施方式中，衬底为玻璃陶瓷，特别是热膨胀系数α_20-300小于2*10^{- 6}K^-1的玻璃陶瓷。相应的玻璃陶瓷可以例如用作炉灶表面。另外，由于根据本发明的涂层相对于至少300℃、优选至少400℃的温度是持久稳定的，所以该涂层也可以涂覆在炉灶的加热区域上。

涂层或经相应涂覆的玻璃衬底由于具有较高的热稳定性而可以应用于其他加热领域，例如用作烤箱观察窗。

特别是在炉灶中，通常在玻璃陶瓷表面上会压印装饰面。因此在一种实施方式中，衬底至少局部地设有装饰层，并将该装饰层设置在衬底和涂层之间。由于根据本发明的涂层具有较高的透明度，所以透过涂层能够清楚地看到装饰面。另外，可以通过硬质材料层针对机械应力而保护装饰层，从而使装饰层在机械应力能力方面可以具有较低的要求。

涂覆有根据本发明的硬质材料层的衬底特别可以用作光学构件、炉灶面、汽车领域中的观察窗、手表玻璃、家用电器中的玻璃构件或玻璃陶瓷构件、烤箱观察窗，或者作为例如用于平板电脑或移动电话的显示屏，特别是用作触摸屏。

在此，硬质材料层或根据本发明经涂覆的衬底特别可以借助至少包括以下步骤的方法来制造：

a)将衬底提供到具有含铝靶的溅射装置中；

b)以每靶表面的功率密度为8至1000W/cm²、优选10–100W/cm²，发射溅射颗粒。

在此，在步骤b)中从低的最终压力开始涂覆衬底。因而在涂覆装置中具有最终压力，即从该压力起能够开始涂覆处理，该最终压力最高为2*10^-5mbar，优选甚至为1*10^-6至5*10^-6mbar。通过低的最终压力可以将外来气体减到最少，也就是说，涂覆处理在非常纯的气氛中进行。这确保了所涂覆的涂层的高纯度。由此，通过受到过程限制的低剩余气体含量能够避免与氧结合形成氮氧化合物。这对于AlN晶粒的晶粒生长来说特别重要，因为氮氧化合物会干扰晶粒生长。因此，优选涂层含有的氧含量为最高10原子数％，特别优选为最高5原子数％或者甚至为最高2原子数％。与之不同的是，在传统的溅射方法中以至少5*10^{- 5}mbar的最终压力进行涂覆，在此，沉积涂层中的氧含量也是相应较高的。

在溅射处理过程中，当达到根据本发明的最终压力之后引入含氮的工艺气体。氮在总的气流中的含量为至少30体积％，优选40体积％，特别优选50体积％。在溅射处理中通过总的气流中的氮含量能够影响经沉积的涂层的化学稳定性，例如相对于洗涤剂或清洁剂的化学稳定性。由此，涂层相对于化学品的稳定性随着氮含量的升高而增大。

在步骤b)中以较高的溅射功率进行涂覆。在此，根据本发明的方法中的溅射功率为至少8-1000W/cm²，优选为至少10-100W/cm²。在本发明的一种实施方式中，采用磁力溅射或者高功率脉冲磁力溅射法(HiPIMS)。替代地或附加地，在靶和衬底之间可以保持负电压或交流电压。替代地或附加地，可以依靠离子轰击进行涂覆，优选借助来自离子束源的离子轰击，和/或通过在衬底上提供电压进行涂覆。

根据本发明的一种实施方式，通过溅射生成的颗粒在大于100℃、优选大于200℃、特别优选大于300℃的沉积温度下沉积。由此，通过将低的过程压力与高的溅射功率相结合，可以以有利的方式影响AlN晶粒的生长，特别是影响晶粒尺寸和晶体结构的择优取向。然而，也可以在低温，例如在室温下进行沉积。根据该实施方式生成的硬质材料层同样显示出良好的机械性能，如高的耐刮性。

溅射处理可以是指在衬底上的连续沉积。或者也可以这样进行溅射处理，即，沉积的涂层具有从涂覆区域撤回时由于处理所引起的分界面或者由分界面构成。

在步骤a)中可以提供例如玻璃陶瓷、蓝宝石玻璃、硼硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃、钠-钙玻璃、合成石英玻璃、锂铝硅酸盐玻璃、光学玻璃和/或光学应用的水晶作为衬底。

在本发明的一种实施方式中，靶除了含有铝外还包含硅、硼、锆、钛或碳中的至少一种元素。这些除了铝以外的额外元素在本发明中也称为掺杂物。优选靶中的铝含量为高于50重量％，特别优选高于60重量％，特别优选大于70重量％。

在本发明的一种扩展方案中，在步骤a)中提供具有装饰面和/或增附层的衬底。

由此例如可以对至少局部装饰的区域进行涂覆，并且涂层即使在高的应用温度下也能够保持稳定。扁平的表面也能够在无光学变化的情况下进行涂覆并显示出良好的机械稳定性。

替代地或附加地，在步骤b)之后的方法步骤中将覆盖层涂覆在硬质材料层上。

根据本发明的一种实施方式，增附层和/或覆盖层含有选自包括铝、硅、硼、锆、钛、镍和碳的组中一种或多种元素的氮化物、氧化物、碳化物、氮碳化合物和/或氮氧化合物。

优选通过溅射工艺涂覆增附层和/或覆盖层。

附图说明

接下来结合多个附图和实施例详细说明本发明。其中：

图1示出了根据本发明经涂覆的衬底的示意图，

图2示出了本发明的一种具有额外增附层的实施方式的示意图，

图3示出了本发明的一种具有额外覆盖层的实施方式的示意图，

图4示出了本发明的一种具有额外增附层和额外覆盖层的实施方式的示意图，

图5示出了经掺杂的AlN硬质材料层的x射线能谱(EDX)光谱，

图6示出了两种具有不同AlN含量的AlN-SiN混合涂层的透射电子显微镜(TEM)图像，

图7示出了一个实施例的X射线衍射(XRD)光谱，

图8示出了两种具有不同择优取向的AlN硬质材料层的X射线衍射(XRD)光谱，

图9a至9c示出了经不同涂覆的、含不同择优取向的衬底根据借助沙子的机械应力测试的照片图像，以及

图10a和10b示出了经不同涂覆的、含不同晶体结构择优取向的衬底根据借助碳化硅的机械应力测试的照片图像。

具体实施方式

图1示意性地示出了根据本发明涂覆的衬底。在此，衬底1涂覆有硬质材料层1。硬质材料层1包括结晶的AlN，在此，AlN晶粒具有(001)择优取向。基于硬质材料层1的涂层特性，特别是基于高硬度和高弹性模量，硬质材料层1的层厚仅为200nm，甚至优选仅为100nm就已经足以针对机械应力和刮伤而保护衬底2。但同样也可以考虑直至2000nm的较厚涂层。

图2示意性地示出了另一个实施例，其中，在衬底2和硬质材料层1之间设有另一涂层3。附加的涂层3可以例如为装饰层或增附层。涂层3也可以由多个分涂层(例如装饰层和增附层)构成。在此，该衬底可以完全或者仅部分地设有涂层3。在此将增附层设置在附加涂层3的上方，也就是说将附加的涂层3设置在衬底2和硬质材料层1之间。

在具有增附层作为附加涂层3的实施方式中，优选涂层3为掺杂的AlN涂层或者混合涂层。根据增附层的组成，增附层的热膨胀系数例如可以位于衬底2和硬质材料层1的热膨胀系数之间。因此，通过增附层3可以减少衬底2和硬质材料层1之间的应力。增附层3的厚度优选为1至900nm，特别优选为1至500nm，特别优选为1至50nm。

根据一个实施例，经涂覆的衬底在玻璃衬底2和硬质材料层1之间具有层厚为50nm的Al₂O₃涂层作为硬质材料层3。

在图3中示意性地示出了本发明的另一种实施方式。在此，在硬质材料层1上涂覆覆盖层4。该覆盖层4在该实施例中含有SiO₂并具有1至100nm的层厚。

图4示出了另一实施例，其中，涂覆的衬底除了包括硬质材料层1之外还具有附加的涂层3和覆盖层4。

图5示出了对根据本发明的硬质材料层的一种实施方式的X射线能量色散(EDX)光谱法或X射线能量色散分析的光谱。在该实施例中的硬质材料层为熔合或掺杂有硅的AlN涂层。

图6a中示出了根据本发明的硬质材料层的透射电子显微(TEM)图像。图6a所示的TEM图像为AlN层的图像，该涂层掺杂有SiN，即，AlN含量为75重量％以及SiN含量为25重量％的AlN：SiN层。在此，根据图6a可以看出，硬质材料层的AlN在SiN基体中是结晶的。与之不同的是，AlN和SiN含量相同的AlN：SiN层是无定形的。图6b中示出了相应层的TEM图像。在此，SiN的高含量防止了AlN晶体的形成。

图7示出了根据本发明经涂覆的衬底的一个实施例的X射线衍射(XRD)光谱。在该实施例中的SiO₂衬底涂覆有AlN/SiN硬质材料层并且记录了经涂覆的衬底的XRD光谱。在此，光谱5示出了三种反射，分别对应于AlN的六角形晶体结构的三种取向(100)、(001)和(101)。在此显而易见的是，硬质材料层主要具有(001)择优取向。在此，在36°时的相应反射明显比(100)取向(33.5°)和(101)取向(38°)的反射更显著。

在此，根据图7的光谱可以对具有(001)择优取向的晶体结构份额确定如下：

I<sub>(001)</sub>[计数]	I<sub>(100)</sub>[计数]	I<sub>(010)</sub>[计数]
			21000	10000	6000

x₍₀₀₁₎＝I₍₀₀₁₎/(I₍₀₀₁₎+I₍₁₀₀₎)

和y₍₀₀₁₎＝I₍₀₀₁₎/(I₍₀₀₁₎+I₍₁₀₁₎)。

x₍₀₀₁₎的份额在该实施例中例如为0.67并且y₍₀₀₁₎的份额为0.77。

测量曲线6为未涂覆衬底的XRD光谱。

在此，硬质材料层以>15W/cm²的溅射功率以及10至12cm的较低靶-衬底间距进行沉积。处理温度为250℃。

图8示出了一种硬质材料层的XRD光谱，该硬质材料层虽然与图7所示的实施例具有类似的组分，却具有不同的晶体结构择优取向。光谱7对应于具有(100)择优取向的比较例，而光谱8对应于具有(101)择优取向的比较例。

在此，具有(100)择优取向的硬质材料层(曲线8)是以较高的靶-衬底间距(>15cm)和较低的溅射功率(13W/cm²)进行沉积的。处理温度大约为100℃。具有(101)择优取向的硬质材料层(曲线7)是以更低的溅射功率(9.5W/cm²)进行沉积的。在此，靶-衬底间距以及处理温度与具有(100)择优取向的硬质材料层的沉积条件相符。

在图9a至图10b中示出了晶体结构的择优取向对各种硬质材料层的机械稳定性的影响。图9a至图9c示出了不同涂覆的衬底在借助沙子的应力测试之后的照片图像，在应力测试中，沙子放置在涂覆衬底上，并且然后转载有负荷体并在容器中振动100次。在此，图9a示出了具有(101)择优取向的涂层样品在应力测试后的图像，图9b示出了具有(100)择优取向的样品的相应图像，图9c示出了具有根据本发明(001)择优取向的样品图像。根据图9a至9c显而易见的是：具有(101)和(100)择优取向的样品在应力测试之后得到的刮伤数量明显比具有(001)择优取向的样品更高。图9c中所示的样品是与图7中所示的XRD光谱相同的实施例。

图10a和图10b示出了在用SiC进行机械应力测试之后的涂覆的衬底。该应力测试特别是模拟了相对于非常硬的材料的耐受性以及相对于各种清洗剂和助剂的清洁度。测试过程与沙子测试类似。图10a中所示样品的涂层不具有(001)方向的晶体取向，而图10b所示样品的涂层具有主要的(001)取向。通过比较图10a和10b明显可见，具有主要的(001)取向的样品比不具有主要的晶体(001)取向的样品具有明显更少的刮伤。

Claims (35)

1.一种具有用于提高耐刮性的涂层的衬底，所述涂层包括至少一个高折射率、透明的硬质材料层，其中，所述硬质材料层包括结晶的氮化铝，并且其中，所述氮化铝具有呈现六角形对称的主要(001)择优取向的六角形晶体结构，其中所述硬质材料层中的氧含量为最高10原子数％，并且其中，所述涂层相对于金属体的静摩擦系数μ<0.5。

2.根据权利要求1所述的衬底，其中，对涂层的XRD测量测定呈现(001)择优取向的晶体结构的份额

x₍₀₀₁₎＝I₍₀₀₁₎/(I₍₀₀₁₎+I₍₁₀₀₎)

和/或y₍₀₀₁₎＝I₍₀₀₁₎/(I₍₀₀₁₎+I₍₁₀₁₎)

大于0.5。

3.根据权利要求1所述的衬底，其中，所述涂层在10mN的测试力下的弹性模量为110至200GPa，并且/或者其中，硬度对弹性模量的比例为至少0.08。

4.根据权利要求1所述的衬底，其中，平均晶粒尺寸为最高25nm。

5.根据权利要求1所述的衬底，其中，所述硬质材料层的氮化铝掺杂有选自硅、硼、锆、钛、镍、铬或碳元素组的一种或多种氮化物、碳化物和/或氮碳化合物。

6.根据权利要求1所述的衬底，其中，所述硬质材料层中的铝含量相对于掺杂材料为大于50重量％。

7.根据权利要求1所述的衬底，其中，所述硬质材料层中的氧含量为小于5原子数％。

8.根据权利要求1所述的衬底，其中，所述涂层具有一个附加的覆盖层，所述覆盖层设置在所述硬质材料层上方。

9.根据权利要求8所述的衬底，其中，所述覆盖层由选自铝、硅、硼、锆、钛或碳元素组的氮化物、氧化物、碳化物、氮碳化合物和/或氮氧化合物形成。

10.根据权利要求1所述的衬底，其中，在所述衬底和所述硬质材料层之间设有增附层，其中所述增附层由从元素组铝、硅、硼、锆、钛、镍、铬或碳中选出的氮化物、氧化物、碳化物、氮碳化合物和/或氮氧化合物构成。

11.根据权利要求1所述的衬底，其中，所述硬质材料层通过溅射涂覆在所述衬底上。

12.根据权利要求1所述的衬底，其中，所述衬底是选自蓝宝石玻璃、硼硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃、钠-钙玻璃、合成石英玻璃、锂铝硅酸盐玻璃、光学玻璃、以及光学用途的水晶或玻璃陶瓷的玻璃。

13.根据权利要求12所述的衬底，其中，所述衬底为热膨胀系数α_20-300小于2*10^-6K^-1的玻璃陶瓷。

14.根据权利要求1所述的衬底，其中，所述衬底具有至少局部地装饰的区域，并且所述装饰区域设置在所述衬底和所述涂层之间。

15.根据权利要求1所述的衬底，其中，所述涂层对于至少300℃的温度是持久稳定的。

16.根据权利要求1所述的衬底，其中，所述涂层对于波长在可见和/或红外区域的光的呈现至少50％的透射率T。

17.一种用于生产根据权利要求1所述的衬底的方法，所述衬底包括结晶、含氮化铝的硬质材料层的耐刮涂层，该方法包括以下步骤：

a)将衬底提供到具有含铝靶的溅射装置中；

b)在最高2*10^-5mbar的最终压力下，以每靶表面的功率为8–1000W/cm²，发射溅射颗粒。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，采用磁力溅射作为溅射方法。

19.根据权利要求17所述的方法，其中，采用高功率脉冲磁力溅射法(HiPIMS)作为溅射方法。

20.根据权利要求17所述的方法，其中，在所述靶和所述衬底之间保持负电压或交流电压。

21.根据权利要求17所述的方法，其中，所述颗粒在大于100℃的沉积温度下进行沉积。

22.根据权利要求17至21中任一项所述的方法，其中，依靠离子轰击进行涂覆，和/或通过在衬底上提供电压进行涂覆。

23.根据权利要求17至21中任一项所述的方法，其中，借助来自离子束源的离子轰击进行涂覆。

24.根据权利要求17所述的方法，其中，在步骤a)中提供的所述衬底为玻璃，其选自包括蓝宝石玻璃、硼硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃、钠-钙玻璃、合成石英玻璃、锂铝硅酸盐玻璃、光学玻璃、光学应用的水晶、或玻璃陶瓷的组中。

25.根据权利要求17所述的方法，其中，采用掺杂有硅、硼、锆、钛、镍、铬或碳中的至少一种元素的掺杂物的铝靶作为所述靶。

26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述靶中的铝含量为高于50重量％。

27.根据权利要求17所述的方法，其中，在步骤a)中提供的所述衬底具有装饰层和/或增附层。

28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述增附层是由选自铝、硅、硼、锆、钛、镍、铬或碳的元素组中的氮化物、氧化物、碳化物、氮碳化合物和/或氮氧化合物所构成的层。

29.根据权利要求17所述的方法，其中，在步骤b)之后的一个步骤中，将覆盖层涂覆在所述硬质材料层上。

30.根据权利要求29所述的方法，其中，所述覆盖层由选自铝、硅、硼、锆、钛、镍或碳的元素组中的氮化物、氧化物、碳化物、氮碳化合物和/或氮氧化合物构成。

31.根据权利要求29所述的方法，其中，通过溅射工艺涂覆所述增附层和/或覆盖层。

32.根据前述权利要求17所述的方法，其中，在具有粗糙的或蚀刻表面的衬底上沉积所述硬质材料层。

33.根据前述权利要求17所述的方法，其中，在步骤b)中以1*10^-6至5*10^-6mbar的最终压力沉积所述颗粒，和/或体积流动中的氮含量为至少30体积％。

34.根据权利要求1所述的衬底的用途，其用作光学构件、炉灶表面、汽车领域中的可视板、手表玻璃、家用电器中的玻璃构件或玻璃陶瓷构件，或者作为显示屏。

35.根据权利要求1所述的衬底的用途，其用作汽车领域中的显示屏幕或家用电器中的烤箱观察窗。

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